液壓傳動課程設(shè)計

1、<p><b>　　液壓傳動課程設(shè)計</b></p><p><b>　　說明書</b></p><p>　　2013年6月20日</p><p>　學(xué) 院：機(jī)械工程學(xué)院</p><p>　專 業(yè)：機(jī)械制造設(shè)計及其自動化</p><p>　班 級：

2、機(jī)制四班</p><p>　學(xué) 號：</p><p>　學(xué)生姓名：</p><p>　指導(dǎo)教師：</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第一章.設(shè)計要求及工況分析2</p><p><b>　　1.設(shè)計要求2</b&

3、gt;</p><p><b>　　2.設(shè)計參數(shù)2</b></p><p>　　3.負(fù)載與運(yùn)動分析2</p><p>　　第二章.構(gòu)建液壓系統(tǒng)4</p><p>　　1.確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)4</p><p>　　1.1. 初選液壓缸的工作壓力4</p><

4、p>　　1.2. 計算液壓缸的主要尺寸4</p><p>　　2.液壓缸各階段工況5</p><p>　　3.擬定液壓系統(tǒng)原理圖7</p><p>　　3.1. 選擇基本回路7</p><p>　　3.2. 組成液壓系統(tǒng)9</p><p>　　第三章.計算和選擇液壓元件12</p>

5、<p>　　1. 確定液壓泵的規(guī)格和電動機(jī)功率12</p><p>　　1.1. 計算液壓泵的最大工作壓力12</p><p>　　1.2. 計算液壓泵的流量12</p><p>　　1.3. 液壓泵和電動機(jī)的選用12</p><p>　　2.確定其它元件與輔件13</p><p>　　2.1.

6、 確定閥類元件及輔件13</p><p>　　2.2. 確定油管14</p><p>　　2.3. 確定油箱14</p><p>　　第四章.驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能16</p><p>　　1. 驗(yàn)算系統(tǒng)壓力損失16</p><p>　　1.1.快進(jìn)時的回路壓力損失16</p><p>

7、;　　1.2.工進(jìn)時的回路壓力損失17</p><p>　　1.3.快退時的回路壓力損失17</p><p>　　2. 液壓泵的工作壓力18</p><p>　　3. 液壓回路和液壓系統(tǒng)的效率18</p><p>　　4. 液壓系統(tǒng)發(fā)熱與溫升的驗(yàn)算19</p><p><b>　　總結(jié)20&l

8、t;/b></p><p><b>　　設(shè)計要求及工況分析</b></p><p><b>　　設(shè)計要求</b></p><p>　　設(shè)計一臺用成型銑刀在加工件上加工出成型面的液壓專用銑床，工作循環(huán)：手工上料——工作臺快進(jìn)——銑削進(jìn)給——工作臺快退——手工卸料。</p><p><b&g

9、t;　　設(shè)計參數(shù)</b></p><p>　　要求設(shè)計的動力工作臺實(shí)現(xiàn)的工作循環(huán)是：快進(jìn)、工進(jìn)、快退、停止。主要性能參數(shù)與性能要求如下：工作臺液壓缸負(fù)載力為；工作臺液壓缸移動件重力為；工作臺快進(jìn)、快退速度為；工作臺工進(jìn)速度為；工作臺液壓缸快進(jìn)行程為；導(dǎo)軌面靜摩擦系數(shù)為；工作臺液壓缸工進(jìn)行程為；導(dǎo)軌面動摩擦系數(shù)為；工作臺啟動時間為。液壓缸效率為。</p><p><b>

10、;　　負(fù)載與運(yùn)動分析</b></p><p><b>　　工作負(fù)載：；</b></p><p>　　摩擦負(fù)載：摩擦負(fù)載極為導(dǎo)軌的摩擦阻力；</p><p><b>　　靜摩擦阻力：；</b></p><p><b>　　動摩擦阻力：；</b></p>

11、<p>　　（注：為垂直于導(dǎo)軌的工作負(fù)載；）</p><p><b>　　慣性負(fù)載：；</b></p><p>　?。ㄗⅲ旱扔诠ぷ髋_快進(jìn)、快退速度）</p><p><b>　　運(yùn)動時間:</b></p><p><b>　　快進(jìn)時間；</b></p>

12、<p><b>　　快退時間；</b></p><p><b>　　工進(jìn)時間。</b></p><p>　　各階段的總負(fù)載與液壓缸推力:</p><p><b>　　啟動階段：，;</b></p><p><b>　　加速階段：，；</b><

13、;/p><p><b>　　快進(jìn)快退階段：，；</b></p><p><b>　　工進(jìn)階段：，；</b></p><p><b>　　反向啟動：，。</b></p><p>　　根據(jù)液壓缸在上述各階段內(nèi)的負(fù)載和運(yùn)動時間，即可繪制出液壓缸推力循環(huán)圖和速度循環(huán)圖，如圖1所示。<

14、/p><p><b>　　圖1 和圖</b></p><p><b>　　構(gòu)建液壓系統(tǒng)</b></p><p>　　確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)</p><p>　　1.1. 初選液壓缸的工作壓力</p><p>　　所設(shè)計的動力工作臺在工進(jìn)時負(fù)載最大為38200N，在其他情況下負(fù)載

15、都不太高，查機(jī)械手冊下表，參考表1初選液壓缸的工作壓力為。</p><p>　　表1 按負(fù)載選擇工作壓力</p><p>　　1.2. 計算液壓缸的主要尺寸</p><p>　　鑒于工作臺快進(jìn)和快退速度相等，可選用單活塞桿式差動液壓缸（），快進(jìn)時液壓缸差動連接。工進(jìn)時為防止銑削時負(fù)載突然消失發(fā)生前沖現(xiàn)象，液壓缸的回油腔應(yīng)有背壓，查機(jī)械手冊下表，參考表２選擇背壓為。

16、</p><p>　　表2 執(zhí)行元件背壓力</p><p>　　在工進(jìn)過程中，液壓缸的受力如下圖。</p><p>　　圖2 液壓缸受力圖</p><p>　　所以，由圖可得工進(jìn)階段的方程式；</p><p>　　所以無桿活塞腔的直徑為11.28cm。</p><p>　　由于選擇單活塞桿式

17、差動液壓缸作為執(zhí)行元件，快進(jìn)快退的速度相等，則。參考表3和表4取標(biāo)準(zhǔn)值為，。</p><p>　　表3 液壓缸的內(nèi)徑尺寸系列</p><p>　　表4 活塞桿直徑系列</p><p>　　所以可得：無桿腔面積：；</p><p><b>　　有桿腔面積：</b></p><p><b&g

18、t;　　液壓缸各階段工況 </b></p><p>　　根據(jù)計算出液壓缸尺寸，可估算出液壓缸在工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率。</p><p>　?。?）快進(jìn)啟動階段：</p><p><b>　　推力：；</b></p><p><b>　　進(jìn)油腔壓力：；</b></p>

19、;<p>　?。?）快進(jìn)加速階段：</p><p><b>　　推力：；</b></p><p><b>　　進(jìn)油腔壓力：；</b></p><p><b>　　回油腔壓力：；</b></p><p>　　（注：為液壓缸差動鏈接時，回油口到進(jìn)油口之間的壓力損失，取

20、）</p><p>　?。?）快進(jìn)恒速階段：</p><p><b>　　推力：</b></p><p><b>　　進(jìn)油腔壓力：；</b></p><p><b>　　回油腔壓力：；</b></p><p><b>　　輸入流量：；</

21、b></p><p><b>　　輸入功率：。</b></p><p><b>　?。?）工進(jìn)階段：</b></p><p><b>　　推力：</b></p><p><b>　　進(jìn)油腔壓力：；</b></p><p>　　

22、回油腔壓力：即為背壓；</p><p><b>　　輸入流量：；</b></p><p><b>　　輸入功率：。</b></p><p>　　（5）快退啟動階段：</p><p><b>　　推力：；</b></p><p><b>　　進(jìn)油

23、腔壓力：；</b></p><p>　?。?）快退加速階段：</p><p><b>　　推力：；</b></p><p><b>　　進(jìn)油腔壓力：；</b></p><p><b>　　回油腔壓力：；</b></p><p>　?。?）快退

24、恒速階段：</p><p><b>　　推力：</b></p><p><b>　　進(jìn)油腔壓力：；</b></p><p><b>　　回油腔壓力：；</b></p><p><b>　　輸入流量：；</b></p><p><

25、;b>　　輸入功率：。</b></p><p>　　（注：快退時，液壓缸有桿腔進(jìn)油，壓力為，無桿腔回油，壓力為。）</p><p>　　圖3 液壓缸工況圖</p><p><b>　　擬定液壓系統(tǒng)原理圖</b></p><p>　　3.1. 選擇基本回路</p><p>　?。?/p>

26、1）選擇調(diào)速回路：由圖3 可知，這臺銑床液壓系統(tǒng)功率較小，工作臺運(yùn)動速度低，工作負(fù)載為阻力負(fù)載且工作中變化小，故可用進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路。為防止工進(jìn)后期負(fù)載突然消失引起運(yùn)動部件前沖，所以在回油路上加背壓閥。由于系統(tǒng)采用節(jié)流調(diào)速方式，系統(tǒng)必然為開式循環(huán)系統(tǒng)。</p><p>　?。?）選擇油源形式：從圖3可以得到，液壓缸要求油源提供快進(jìn)、快退行程的低壓大流量和工進(jìn)行程的高壓小流量的油液。最大流量與最小流量之比為：<

27、;/p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　其相應(yīng)的時間之比：。</p><p>　　由此可得，在一個工作周期內(nèi)大部分時間處于高壓小流量工作。所以可選用限壓式變量泵或雙聯(lián)葉片泵做油源。由于前者流量突變時液壓沖擊較大，工作平穩(wěn)性差，且后者可雙泵同時向液壓缸供油實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動，所以選用雙聯(lián)葉片泵方案，如下圖。</p><

28、;p><b>　　圖4 雙聯(lián)泵</b></p><p>　　（3）選擇快速運(yùn)動和換向回路：本系統(tǒng)已選定液壓缸差動連接和雙泵供油兩種快速運(yùn)動回路實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動。由于從工進(jìn)轉(zhuǎn)快退時回油路流量較大，故選用換向時間可調(diào)的電液換向閥式換向回路，以減少液壓沖擊。由于要實(shí)現(xiàn)液壓缸差動連接，所以選用三位五通電液換向閥，如下圖所示。</p><p><b>　　圖5

29、換向回路</b></p><p>　?。?）選擇速度換接回路：由于工作臺由快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)時，由于,所以速度變化大，為減少速度換接時的液壓沖擊，選用行程閥控制的換接回路，如下圖所示。</p><p>　　圖6 選擇速度換接回路</p><p>　?。?）選擇調(diào)壓和卸荷回路：工作臺工進(jìn)時，高壓小流量泵的出口壓力由油源中的溢流閥調(diào)定，無需另設(shè)調(diào)壓回路。在工作臺

30、工進(jìn)和停止時，低壓大流量泵通過液控順序閥卸荷，高壓小流量泵在工作臺停止時雖未卸荷，但功率損失較小，故可不需再設(shè)卸荷回路。</p><p>　　3.2. 組成液壓系統(tǒng)</p><p>　　將已選的液壓基本回路組合在一起，并經(jīng)修改和完善，即得到完整的液壓系統(tǒng)工作原理圖，如下圖所示。</p><p>　　圖7 液壓系統(tǒng)工作原理圖</p><p>

31、　　電磁鐵動作循環(huán)表如下：</p><p>　　表5 電磁動作循環(huán)表</p><p>　　在圖7中，為了解決工作臺工進(jìn)時進(jìn)、回油路串通使系統(tǒng)壓力無法建立的問題，增設(shè)了單向閥6；為了避免機(jī)床停止工作時回油路中的油液流會油箱，導(dǎo)致空氣進(jìn)入系統(tǒng)，影響工作臺運(yùn)動的平穩(wěn)性，添置了一個單向閥13；因?yàn)殂姶矊ξ恢枚ㄎ痪纫筝^高，增設(shè)了一個壓力繼電器14，當(dāng)工作臺碰上擋塊后，系統(tǒng)壓力上升，它發(fā)出快退信

32、號，操縱電液換向閥換向。</p><p><b>　　計算和選擇液壓元件</b></p><p>　　1. 確定液壓泵的規(guī)格和電動機(jī)功率</p><p>　　1.1. 計算液壓泵的最大工作壓力</p><p>　　小流量泵在快進(jìn)和工進(jìn)時都向液壓缸供油，經(jīng)過第二章的計算得到液壓缸在工進(jìn)時工作壓力最大，最大工作壓力為，若在調(diào)

33、速閥進(jìn)口節(jié)流閥調(diào)速回路中，選取進(jìn)油路上的總壓力損失為，由于壓力繼電器的可靠動作要求壓差，所以小流量泵的最高工作壓力估算為：</p><p><b>　　。</b></p><p>　　大流量泵只在快進(jìn)和快退時向液壓缸供油，快進(jìn)和快退時的最大工作壓力為快退加速階段，由于快退時進(jìn)油不通過調(diào)速閥，所以取進(jìn)油路上的總壓力損失為，則大流量泵的最高壓力估算為：</p>

34、<p><b>　　。</b></p><p>　　1.2. 計算液壓泵的流量</p><p>　　經(jīng)過第二章的計算可知，油源向液壓缸輸入的最大流量為，取回油路泄露系數(shù)（一般取1.1~1.3），則兩個泵的總流量為</p><p><b>　　；</b></p><p>　　由于溢流閥的

35、最小穩(wěn)定流量為，工進(jìn)時的流量為，則小流量泵的流量最小為。</p><p>　　1.3. 液壓泵和電動機(jī)的選用</p><p>　　考慮液壓泵存在容積損失，并且泵的額定壓力應(yīng)比上述最大工作壓力高20%-60%，以便留有一定的壓力儲備，所以。</p><p>　　額定流量則只須滿足上述最大流量即可。根據(jù)以上壓力和流量數(shù)值查閱機(jī)械設(shè)計手冊4（第二版）23-89頁，選取PV

36、2R12-6/30型雙聯(lián)葉片泵。其額定壓力是14MPa，小流量泵和大流量泵的排量分別為6mL/r和30mL/r，轉(zhuǎn)速范圍為750r/min~1800 r/min，當(dāng)液壓泵的轉(zhuǎn)速時，其理論流量分別為5.46L/min和27.3L/min，取液壓泵的容積效率，則液壓泵的實(shí)際輸出流量為4.37 L/min和21.84 L/min。</p><p>　　由于該液壓泵的總效率為，根據(jù)下表可得，符合葉片泵的效率范圍。<

37、/p><p>　　表6 液壓泵的總效率</p><p>　　電動機(jī)的選擇依據(jù)是功率和轉(zhuǎn)速，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速為，電動機(jī)功率為：</p><p><b>　　。</b></p><p>　　查機(jī)械設(shè)計手冊5（第二版）35-19頁，選擇規(guī)格相近的三相異步電動機(jī)Y2-90L-6，其額定功率為1.1KW，額定轉(zhuǎn)速為910r/min。&l

38、t;/p><p><b>　　確定其它元件與輔件</b></p><p>　　2.1. 確定閥類元件及輔件</p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)的最高壓力和通過各閥類元件及輔件的實(shí)際流量，選出所需的閥類元件及輔件如下表，其中，溢流閥9按小流量泵的額定流量選取，調(diào)速閥4選用Q—6B型，其最小穩(wěn)定流量為0.03L/min，小于本系統(tǒng)工進(jìn)時的流量0.43L/mi

39、n。</p><p>　　表7 各液壓元件型號與規(guī)格</p><p>　?。?注：此為電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速為910r/min時的流量。）</p><p><b>　　2.2. 確定油管</b></p><p>　　在選擇標(biāo)準(zhǔn)液壓泵以后液壓缸在一個運(yùn)動周期內(nèi)各階段的運(yùn)動速度以及輸入和流出液壓缸的流量與初計算值不同，重新計算如下

40、。</p><p>　?。?）快進(jìn)階段：輸入流量：；</p><p><b>　　排出流量：；</b></p><p><b>　　移動速度：。</b></p><p>　?。?）工進(jìn)階段：輸入流量：；</p><p><b>　　排出流量：；</b>&

41、lt;/p><p><b>　　移動速度：。</b></p><p>　　（3）快退階段：輸入流量：；</p><p><b>　　排出流量：；</b></p><p><b>　　移動速度：。</b></p><p>　　所以可以看出，液壓缸在各階段的實(shí)際

42、運(yùn)動速度基本符合設(shè)計要求。根據(jù)以上參數(shù)，按下表推薦的管道內(nèi)允許速度取，為了統(tǒng)一規(guī)格，所選管道均為內(nèi)徑18mm的冷拔鋼管。</p><p>　　表8 允許流量推薦值</p><p><b>　　2.3. 確定油箱</b></p><p>　　油箱的容量按式估算，為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，低壓系統(tǒng)；高壓系統(tǒng)；高壓系統(tǒng)。取，得。查標(biāo)準(zhǔn)油箱容量表，取油箱容量為。&

43、lt;/p><p>　　表9 油箱容量標(biāo)準(zhǔn)</p><p><b>　　驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能</b></p><p>　　1. 驗(yàn)算系統(tǒng)壓力損失</p><p>　　由于系統(tǒng)管路位置尚未確定，所以只能估算系統(tǒng)壓力損失。取進(jìn)、回油管道長為，油液的運(yùn)動粘度取。且電液換向閥和行程閥的額定壓力損失為，單向閥為。</p>

44、<p>　　快進(jìn)時的回路壓力損失</p><p>　　因?yàn)檫M(jìn)油管中，所以此時進(jìn)油管中是層流。</p><p>　　進(jìn)油管的沿程損失為：</p><p>　　由于管道結(jié)構(gòu)未確定，進(jìn)油管的局部損失約為：</p><p>　　因?yàn)檫M(jìn)油管中，所以此時回油管中是層流。</p><p>　　回油管的沿程損失為：</

45、p><p>　　進(jìn)油管的局部損失約為：</p><p>　　快進(jìn)時，進(jìn)油路中的油液通過換向閥2和行程閥3，但是通過換向閥的流量為25.88L/min，通過行程閥3的流量為49.56L/min，所以兩處的壓力損失為：</p><p>　　同樣，快進(jìn)時回油路中的油液由于通過電液換向閥2、單向閥6和行程閥3，且通過前兩者的流量為23.35L/min，后者為49.56 L/mi

46、n，所以回油路在這三處的壓力損失為：</p><p>　　由此得進(jìn)油路上總壓力損失為：</p><p>　　回油路上總壓力損失為：</p><p>　　將回油路上的壓力損失折算到進(jìn)油路上，就可求出快進(jìn)時回路中的整個壓力損失為：</p><p>　　工進(jìn)時的回路壓力損失</p><p>　　工進(jìn)時進(jìn)入液壓缸的流量極少，進(jìn)

47、油路和回油路上的壓力損失很小，可忽略不計，但工進(jìn)時進(jìn)油路上的油液通過調(diào)速閥4，回油路上的油液通過順序閥7和背壓閥8。為了保證工進(jìn)時的速度穩(wěn)定，使調(diào)速閥上有0.5MPa的壓降，背壓閥上有0.8MPa的壓降，所以工進(jìn)回路中的整個壓力損失為：</p><p>　　快退時的回路壓力損失</p><p>　　因?yàn)檫M(jìn)油管中，所以此時進(jìn)油管中是層流。</p><p>　　進(jìn)油管的

48、沿程損失為：</p><p>　　由于管道結(jié)構(gòu)未確定，進(jìn)油管的局部損失約為：</p><p>　　因?yàn)檫M(jìn)油管中，所以此時回油管中是層流。</p><p>　　回油管的沿程損失為：</p><p>　　進(jìn)油管的局部損失約為：</p><p>　　快退時，進(jìn)油路中的油液通過換向閥2和行程閥3，但是通過換向閥的流量為25.8

49、8L/min，通過行程閥3的流量為26.21L/min，所以兩處的壓力損失為：</p><p>　　同樣，快退時回油路中的油液由于通過電液換向閥2、單向閥6和行程閥3，且通過前兩者的流量為55.63L/min，后者為26.21 L/min，所以回油路在這三處的壓力損失為：</p><p>　　由此得進(jìn)油路上總壓力損失為：</p><p>　　回油路上總壓力損失為：&

50、lt;/p><p>　　將回油路上的壓力損失折算到進(jìn)油路上，就可求出快退時回路中的整個壓力損失為：</p><p>　　2. 液壓泵的工作壓力</p><p>　　小流量泵在工進(jìn)時的工作壓力可以按求出，為液壓缸最高工作壓力，為總的管路損失（一般取0.2—0.5MPa，管路復(fù)雜取0.5—1.5MPa）。由于中已將背壓折算在內(nèi)，所以這里的只需考慮進(jìn)油路的損失。所以小流量泵的

51、工作壓力為：</p><p><b>　　。</b></p><p>　　大流量泵以快退時的工作壓力為最高，根據(jù)與上述相同考慮，其最大工作壓力最大為：</p><p><b>　　。</b></p><p>　　3. 液壓回路和液壓系統(tǒng)的效率</p><p>　　在該液壓系統(tǒng)

52、中，快進(jìn)時間；快退時間；工進(jìn)時間。在整個循環(huán)周期內(nèi)，工進(jìn)所用時間占94%，所以系統(tǒng)效率只需計算工進(jìn)的情況即可。</p><p>　　工進(jìn)時，計算回路效率。，而且，，，經(jīng)順序閥7卸荷的大流量泵在通過該閥的壓力損失按：</p><p>　　估計，所以，，，。所以可得：</p><p><b>　　。</b></p><p>

53、<b>　　系統(tǒng)總效率為：。</b></p><p>　　4. 液壓系統(tǒng)發(fā)熱與溫升的驗(yàn)算</p><p>　　系統(tǒng)在工進(jìn)時的發(fā)熱與溫升最大，因此只須驗(yàn)證工進(jìn)階段的發(fā)熱與溫升。工進(jìn)時液壓缸的負(fù)載為，移動速度為，所以輸出功率為：</p><p><b>　　。</b></p><p><b>

54、　　輸入功率為:</b></p><p><b>　　。</b></p><p>　　由此得液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量：</p><p><b>　　。</b></p><p>　　系統(tǒng)中的油液溫升的值近似為：</p><p>　　在溫升的許可范圍內(nèi)，不用采取冷卻措施。溫升

55、的許可范圍如下表</p><p>　　表10 機(jī)床許可溫升</p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　經(jīng)過一周的努力，液壓傳動課程設(shè)計終于結(jié)束了，以前對專業(yè)課的學(xué)習(xí)一直停留在課本上，在這一周的學(xué)習(xí)中，深感自己專業(yè)知識的匱乏以及課本知識與實(shí)際聯(lián)系的緊密型，以后一定要努力學(xué)好專業(yè)知識。其次，在這里要感謝帥俊峰老師的悉心指導(dǎo)和幫